CN108356829A - 两轮自平衡引导机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两轮自平衡引导机器人，涉及机器人技术领域，包括底盘总成、设置在所述底盘总成上方的触摸屏以及配套的控制系统，所述控制系统包括处理器以及与所述处理器相连的二维激光雷达、超声波传感器、摄像头和姿态检测模块，其特征在于：在所述二维激光雷达与底盘总成间设有自适应调整装置，所述自适应调整装置包括连接支架、设置在所述连接支架上的陀螺仪、与所述连接支架相连的摆动杆、设置在所述摆动杆底部与底盘总成间的摆动转轴以及驱动摆动杆旋转的摆动驱动装置。本发明通过陀螺仪的实时检测地面的状态，自适应调整装置根据陀螺仪的反馈实时瞬间调整二维激光雷达的自身姿态，确保雷达实时保持在同一水平面内，建图精确。

Description

两轮自平衡引导机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种适用于商场、银行、机场等服务性场所的采用两轮自平衡式的引导服务用机器人。
背景技术
随着技术的发展，利用机器人代替现场人员在服务性场所为顾客进行引导，带领顾客到办理业务的窗口进行业务办理已成为现实。
机器人在使用时需要建立当前服务场地的地图，然后在地图中选取服务地点以引导顾客至该地点。现有技术中，已有在机器人内设置二维激光雷达进行实时定位、建图、路径规划。机器人可以从任意位置出发，一边行走一边对周围的环境（房屋结构、障碍物）建立地图，同时根据地图定位自己当前在地图中的位置，并实时调整规划路线。随着使用时间的增长，行走机器人建立的地图会越来越准确，规划的行走路线越来越高效，变的越来越智能。
二维激光雷达在使用时要求激光雷达扫描过程中必须保证雷达距离地面的高度、角度不变，即雷达始终保持在同一个绝对平面，这是二维激光雷达建图的前提条件。当机器人行走在不平坦地面时，激光束会扫到地面而产生干扰，严重时会导致定位导航失效。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种两轮自平衡引导机器人，通过设计自适应调整装置，在陀螺仪的配合下实时调整二维激光雷达的角度，使其发出的激光始终与机器人所行走的地面平行，保证建图的精确性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种两轮自平衡引导机器人，包括底盘总成、设置在所述底盘总成上方的触摸屏以及配套的控制系统，所述控制系统包括处理器以及与所述处理器相连的二维激光雷达、超声波传感器、摄像头和姿态检测模块，其特征在于：在所述二维激光雷达与底盘总成间设有自适应调整装置，所述自适应调整装置包括与所述二维激光雷达相固定的连接支架、设置在所述连接支架上的陀螺仪、与所述连接支架相连的摆动杆、设置在所述摆动杆底部与底盘总成间的摆动转轴以及驱动摆动杆以摆动转轴为中心旋转的摆动驱动装置。
本发明的有益技术效果是：1、通过陀螺仪的实时检测地面的状态，自适应调整装置根据陀螺仪的反馈实时瞬间调整二维激光雷达的自身姿态，在行走过程中，确保雷达实时保持在同一水平面内（距离地面的高度、角度均不变），保证机器人建图的精确性；2、自适应调整装置采用四连杆机构，结构简单、易于加工安装并且可根据不同的安装空间，调整各个杆长；3、行走轮采用轮毂电机直接驱动，使得底盘总成体积更小巧。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明两轮自平衡引导机器人的结构示意图；
图2是本发明两轮自平衡引导机器人中底盘总成的结构示意图；
图3是本发明两轮自平衡引导机器人中自适应调整装置的结构示意图；
图4是本发明两轮自平衡引导机器人中自适应调整装置的另一结构示意图；
图5是本发明两轮自平衡引导机器人中自适应调整装置的原理示意图。
在附图中：1是触摸屏，2是二维激光雷达，3是超声波传感器，4是摄像头，5是陀螺仪，6是连接支架，7是摆动杆，8是摆动转轴，9是摆动驱动电机，10是主动杆，11是中间连杆，12是底盘，13是安装底座，14是限位轴，15是轮毂电机，16是行走轮，17是电池，18是支撑杆。
具体实施方式
参见附图1-5，本发明提供了一种两轮自平衡引导机器人，包括底盘总成、设置在底盘总成上方的触摸屏1以及配套的控制系统，控制系统包括处理器以及与处理器相连的二维激光雷达2、超声波传感器3、摄像头4和姿态检测模块，关键在于：在二维激光雷达2与底盘总成间设有自适应调整装置，自适应调整装置包括与二维激光雷达2相固定的连接支架6、设置在连接支架6上的陀螺仪5、与连接支架6相连的摆动杆7、设置在摆动杆7底部与底盘总成间的摆动转轴8以及驱动摆动杆7以摆动转轴8为中心旋转的摆动驱动装置。
参见附图2，底盘总成包括底盘12、对称设置在底盘12上的两个轮毂电机15、安装在轮毂电机15上的行走轮16以及安装在底盘12上的壳体组件。上述的摆动转轴8与行走轮16同轴设置。
参见附图3和4，上述的摆动驱动装置包括摆动驱动电机9、与摆动驱动电机9的输出轴相连的主动杆10、以及两端分别与主动杆10的上端、摆动杆7的中部铰接的中间连杆11。摆动驱动电机9采用步进电机。
更进一步的，在底盘总成的底盘12的中部设有安装底座13，摆动转轴8以及摆动驱动电机9设置在安装底座13上，摆动转轴8的轴心线与摆动驱动电机9的输出轴的轴心线位于同一水平面上。在安装底座13上设有用于限定摆动杆7的摆动范围的两个限位轴14。两个限位轴14中的一个用于直接限位摆动杆7一侧的摆动角度，另一个用于通过限位主动杆10来限定摆动杆7另一侧的摆动角度。
本发明的原理是：参见附图5，平衡车在行走过程中，由于地面不平底盘总成实时的前倾或后仰，与地面所成的角度实时变化。首先要确定的是平衡车底盘总成摆动中心线（以行走轮转动轴的中心），以该中心线作为二维激光雷达2摆动的中心线，与底盘总成实时摆动的角度成相反方向实时摆动，例如平衡车在某一时刻前倾5度，二维激光雷达2以平衡车底盘总成摆动中心线为中心线后仰5度，即可保证二维激光雷达2在行走过程中实时保持在同一个水平面内。
摆动杆旋转的角度y与陀螺仪5检测到的与地面角度x满足以下公式：
其中，a代表摆动驱动电机9的输出轴与中间连杆11和主动杆10铰接处的距离，b代表中间连杆11上的两个铰接处的距离，c代表摆动转轴8与中间连杆11和摆动杆7铰接处的距离，d代表摆动驱动电机9的输出轴与摆动转轴8的距离，m、θ、ψ代表中间数值，α代表主动杆初始安装时与水平面的角度，β代表摆动杆初始安装时与水平面的角度。
在初始位置时，二维激光雷达2位于水平位置，陀螺仪5检测角度为0，当机器人开始行走时，陀螺仪5实时检测角度变化，并将角度值实时反馈给摆动驱动电机9。摆动驱动电机9根据角度的反馈值，带动主动杆10杆转动，主动杆10带动中间连杆11，中间连杆11带动摆动杆7。此时摆动杆7转动相应角度，使雷达实时处于水平位置。
在底盘12的底部设有与控制系统相配套的电池17，超声波传感器3在底盘12上对称设置有两组，每组2个超声波传感器3，两组传感器用于检测机器人分别在前进和后退时有可能遇到障碍物。
在底盘总成和触摸屏1间设有支撑杆18，摄像头4设置在支撑杆18上。
本发明的机器人的室内导航系统采用二维激光雷达2作为主要的探测手段，从环境中提取特征建立地图，当客户需要服务时在触摸屏1 上选择服务点，然后机器人根据目的地信息和室内环境对比规划行走的最佳路径，在行走的过程中实时与所存储的地图信息对比，来确定自己的位置，并在规划的路径上行驶，及时对出现的偏差进行纠正，引导客户快速及时到达服务点。
为了使系统更加快速敏捷的反应，本设计中加入了摄像头4和超声波传感器3辅助避障。
车身的姿态检测模块采用姿态检测传感器MPU-6050，此传感器集合了三轴陀螺仪和三轴加速度计于一体，体积更小。算法方面采用了卡尔曼滤波技术把两种数据做融合加权，使姿态解算结果更加准确，解决了陀螺仪的静态零点漂移问题和加速计受车自身加速度影响大的问题。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种两轮自平衡引导机器人，包括底盘总成、设置在所述底盘总成上方的触摸屏（1）以及配套的控制系统，所述控制系统包括处理器以及与所述处理器相连的二维激光雷达（2）、超声波传感器（3）、摄像头（4）和姿态检测模块，其特征在于：在所述二维激光雷达（2）与底盘总成间设有自适应调整装置，所述自适应调整装置包括与所述二维激光雷达（2）相固定的连接支架（6）、设置在所述连接支架（6）上的陀螺仪（5）、与所述连接支架（6）相连的摆动杆（7）、设置在所述摆动杆（7）底部与底盘总成间的摆动转轴（8）以及驱动摆动杆（7）以摆动转轴（8）为中心旋转的摆动驱动装置。
2.根据权利要求1所述的两轮自平衡引导机器人，其特征在于：所述摆动驱动装置包括摆动驱动电机（9）、与所述摆动驱动电机（9）的输出轴相连的主动杆（10）、以及两端分别与所述主动杆（10）的上端、摆动杆（7）的中部铰接的中间连杆（11）。
3.根据权利要求2所述的两轮自平衡引导机器人，其特征在于：在所述底盘总成的底盘（12）的中部设有安装底座（13），所述摆动转轴（8）以及摆动驱动电机（9）设置在所述安装底座（13）上，所述摆动转轴（8）的轴心线与所述摆动驱动电机（9）的输出轴的轴心线位于同一水平面上。
4.根据权利要求3所述的两轮自平衡引导机器人，其特征在于：在所述安装底座（13）上设有用于限定摆动杆（7）的摆动范围的两个限位轴（14）。
5.根据权利要求1所述的两轮自平衡引导机器人，其特征在于：所述底盘总成包括底盘（12）、对称设置在所述底盘（12）上的两个轮毂电机（15）以及安装在所述轮毂电机（15）上的行走轮（16），所述摆动转轴（8）与行走轮（16）同轴设置。
6.根据权利要求5所述的两轮自平衡引导机器人，其特征在于：在所述底盘（12）的底部设有与控制系统相配套的电池（17），所述超声波传感器（3）在所述底盘（12）上对称设置有两个。
7.根据权利要求1所述的两轮自平衡引导机器人，其特征在于：在所述底盘总成和所述触摸屏（1）间设有支撑杆（18），所述摄像头（4）设置在所述支撑杆（18）上。
8.根据权利要求1-7任一项所述的两轮自平衡引导机器人，其特征在于：所述姿态检测模块采用MPU-6050。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109333560A (zh) * 2018-11-19 2019-02-15 宁波智能制造技术研究院有限公司 一种自平衡式移动机器人
CN109991589A (zh) * 2018-12-29 2019-07-09 同方威视技术股份有限公司 扫描角度调整装置、激光雷达系统、载具及自动校正方法
CN110696952A (zh) * 2019-08-30 2020-01-17 广东工业大学 一种两轮自平衡移动机器人及其控制方法
WO2024041151A1 (zh) * 2022-08-20 2024-02-29 腾讯科技（深圳）有限公司 移动机器人的运动控制方法和移动机器人

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101537615A (zh) * 2009-04-24 2009-09-23 北京工业大学 基于红外姿态检测的两轮直立式自平衡机器人及控制方法
CN201324331Y (zh) * 2008-12-26 2009-10-14 宝贝心企业股份有限公司 福祉座椅设备及座椅移动装置
US20100292840A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Beijing University Of Technology Flexible two-wheeled self-balancing robot system and its motion control method
CN101980094A (zh) * 2010-11-03 2011-02-23 北京理工大学 平衡装置、方法和两轮机器人
CN106312997A (zh) * 2016-10-27 2017-01-11 桂林电子科技大学 一种具有带自动稳定装置的激光雷达的室外自主移动机器人
CN107186736A (zh) * 2017-05-10 2017-09-22 华中科技大学 一种自动摆臂的两轮自平衡服务机器人
CN207606854U (zh) * 2017-12-14 2018-07-13 河北汇金机电股份有限公司 两轮自平衡引导机器人

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201324331Y (zh) * 2008-12-26 2009-10-14 宝贝心企业股份有限公司 福祉座椅设备及座椅移动装置
CN101537615A (zh) * 2009-04-24 2009-09-23 北京工业大学 基于红外姿态检测的两轮直立式自平衡机器人及控制方法
US20100292840A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Beijing University Of Technology Flexible two-wheeled self-balancing robot system and its motion control method
CN101980094A (zh) * 2010-11-03 2011-02-23 北京理工大学 平衡装置、方法和两轮机器人
CN106312997A (zh) * 2016-10-27 2017-01-11 桂林电子科技大学 一种具有带自动稳定装置的激光雷达的室外自主移动机器人
CN107186736A (zh) * 2017-05-10 2017-09-22 华中科技大学 一种自动摆臂的两轮自平衡服务机器人
CN207606854U (zh) * 2017-12-14 2018-07-13 河北汇金机电股份有限公司 两轮自平衡引导机器人

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109333560A (zh) * 2018-11-19 2019-02-15 宁波智能制造技术研究院有限公司 一种自平衡式移动机器人
CN109991589A (zh) * 2018-12-29 2019-07-09 同方威视技术股份有限公司 扫描角度调整装置、激光雷达系统、载具及自动校正方法
CN110696952A (zh) * 2019-08-30 2020-01-17 广东工业大学 一种两轮自平衡移动机器人及其控制方法
CN110696952B (zh) * 2019-08-30 2024-05-10 广东工业大学 一种两轮自平衡移动机器人及其控制方法
WO2024041151A1 (zh) * 2022-08-20 2024-02-29 腾讯科技（深圳）有限公司 移动机器人的运动控制方法和移动机器人

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